Author(s):
James Underbrink - Boeing Aero/Noise/Propulsion Laboratory

Industry:
Aerospace/Avionics

Products:
PXI-6653, PXI-4462, LabVIEW, PXI-PCI8336, PXI-6651

The Challenge:
創(chuàng)建一個可升級的高性價比系統(tǒng)來測試新設(shè)計的有效性，該設(shè)計被用于減少商業(yè)噴氣式客機在起飛、降落和持續(xù)飛行過程中發(fā)出的噪音。

The Solution:
使用NI 的PXI 控制器、機箱、動態(tài)信號分析儀和LabVIEW 軟件來設(shè)計一個可升級的分布式測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)擁有嚴(yán)格的定時和同步功能，用于在飛機低空飛行測試時進行相控陣數(shù)據(jù)采集。

Enlarge

超過600 個麥克風(fēng)的數(shù)據(jù)被采集并分析

大型電子機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)為人類提供了便利，然而它們在運行時帶來的噪聲，也嚴(yán)重地影響了人們的生活。正確地測量和定位噪聲是降低噪聲的前提，NI 提供了多種噪聲測量方案，如DELTA公司和Boeing（波音）公司就選用了NI LabVIEW 軟件和PXI 平臺實現(xiàn)了風(fēng)力渦輪機和飛機的噪聲測試系統(tǒng)。

當(dāng)今社會，噪聲無處不在。包括汽車，飛機在內(nèi)的大型設(shè)備運行時會引起大量的噪聲，嚴(yán)重地影響了人們的工作和生活。為此，有關(guān)部門提出了一系列的噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)，以限制噪聲的產(chǎn)生。降低噪聲的前提是正確地測量和定位噪聲，作為聲音振動領(lǐng)域的專家，NI一直致力于幫助工程師解決噪聲監(jiān)測問題。

為波音公司開發(fā)噪聲測量與定位系統(tǒng)

Boeing（波音）公司創(chuàng)建于1916 年，主要生產(chǎn)各種民用和軍用飛機，是目前世界上航空航天領(lǐng)域規(guī)模最大的公司。波音公司制造的各類客機、貨機被銷往世界各地。由于飛機在起飛、降落和飛行過程中會帶來很大的噪聲，嚴(yán)重影響了周圍的環(huán)境，引起了政府部門的關(guān)注。為了達到日益嚴(yán)格的噪聲標(biāo)準(zhǔn)，波音公司也在不斷地改進飛機的設(shè)計，以盡可能地降低噪聲。

為了降低商業(yè)噴氣式客機在起飛、降落和持續(xù)飛行過程中發(fā)出的噪聲，波音公司需要對應(yīng)用在其飛機上的新降噪技術(shù)進行測試。“我們需要一個能在測試過程中進行相控陣聲學(xué)成像的測試系統(tǒng)，來幫我們判斷起飛過程中的噪聲點。測試系統(tǒng)構(gòu)架必須是分布式的，它可以擴展到一千或者更多個通道，同時在通道間保持嚴(yán)格的定時和同步。此外，該系統(tǒng)還要靈活精確而且可以升級?！被谝陨弦?，NI PXI 軟硬件平臺為波音提供了滿意的解決方案。波音使用600 多個基地麥克風(fēng)來裝備其測試系統(tǒng)，這些麥克風(fēng)按照自定義的螺旋狀安裝在一個250 英尺寬、300 英尺長的跑道區(qū)域的末端。當(dāng)777-300ER 飛機飛過頭頂時，利用PXI 動態(tài)信號采集卡來獲取它發(fā)出的噪音，立即恢復(fù)并處理數(shù)據(jù)，然后得到一幅該飛機的聲學(xué)成像圖。一個數(shù)據(jù)處理計算機集群通過千兆網(wǎng)連接到主計算機上，對這些數(shù)據(jù)和圖像進行實時分析。在一個典型的測試周期中，飛機大約每隔6 分鐘飛過麥克風(fēng)陣列。在這個周期內(nèi)，系統(tǒng)可以把以前獲得的數(shù)據(jù)上傳，同時準(zhǔn)備獲取更多的新數(shù)據(jù)。“我們在單次測試中就進行了三百多次的數(shù)據(jù)獲取，得到了78 分鐘的低空飛行結(jié)果，總數(shù)據(jù)量超過了1T 字節(jié)。”

“利用NI公司的軟硬件，我們得以創(chuàng)建一個低成本的高端系統(tǒng)：它可以把采集系統(tǒng)分布地放置在多個機箱中，嚴(yán)格同步所有通道，在提供大規(guī)模通道數(shù)量的同時，給所有的系統(tǒng)通道提供完整的帶寬，而且可以允許無限數(shù)量的通道數(shù)擴展?！崩眠@一系統(tǒng)，波音成功地改進了原有的767型客機的設(shè)計，并應(yīng)用在了噪音更小，更舒適的全新波音787 型客機中。

風(fēng)力渦輪機噪聲監(jiān)測系統(tǒng)

近年來，環(huán)境問題的加劇導(dǎo)致人類開始尋找各類更環(huán)保的能源。風(fēng)能就是其中發(fā)展最為迅猛的一種。風(fēng)力渦輪機實現(xiàn)了風(fēng)能到電能的轉(zhuǎn)換，為人類使用綠色能源創(chuàng)造了便利，然而風(fēng)力發(fā)電廠所發(fā)出的噪聲同時又影響了周圍居民的生活環(huán)境。隨著風(fēng)力渦輪機噪聲排放的統(tǒng)一測量標(biāo)準(zhǔn)IEC61400-11:2002 的出臺，風(fēng)力發(fā)電場也必須兼顧降噪的要求。

NI 公司的合作伙伴之一：丹麥的DELTA 公司基于NI PXI臺，實現(xiàn)了風(fēng)力渦輪機的噪聲測量系統(tǒng)。NI PXI-4472 動態(tài)信號采集模塊為該測量系統(tǒng)的硬件核心。DELTA 通過4472 采集麥克風(fēng)獲取的特定頻率下的聲音信號。與此同時，麥克風(fēng)被安裝在地面的圓板上，并使用符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的擋風(fēng)板覆蓋之。擋風(fēng)板可降低麥克風(fēng)周圍的風(fēng)速和麥克風(fēng)內(nèi)的風(fēng)力感應(yīng)噪聲，從而在低頻的情況下，進一步提高信噪比。而測量軟件平臺noiseLAB則是使用LabVIEW 開發(fā)。該軟件實現(xiàn)了聲音數(shù)據(jù)的記錄及IEC 標(biāo)準(zhǔn)所需的倍頻程、音調(diào)等參數(shù)的測量。同時還可以根據(jù)ISO 1996-2 標(biāo)準(zhǔn)，定義音調(diào)?！盎赑XI 硬件平臺的系統(tǒng)，既可降低成本又能達到高通道數(shù)。此外，我們使用LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境來實現(xiàn)自己的noiseLAB，簡單而且高效?！?/p>

建立噪聲檢測平臺，“靜”化生活環(huán)境

在電子、機械設(shè)備的設(shè)計中，盡可能地降低噪音是每位工程師的理想。NI 幫助DELTA 和波音等公司成功地實現(xiàn)了噪聲的測量與定位，為日后降低噪聲的研究做好了充分的準(zhǔn)備。幫助客戶量化問題，解決問題，是每一位NI 工程師的目標(biāo)。

放置在機場跑道上用于測量噪音的麥克風(fēng)陣列

基于LabVIEW 的噪聲分析軟件noiseLAB 的界面